KR100483068B1 - 열교환기 및 열교환기 제조방법 - Google Patents

열교환기 및 열교환기 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 열교환기 및 열교환기 제조방법에 관한 것으로서, 콘타입으로 형성된 제1나선형관과, 상기 제1나선형관의 확경부 영역으로 노출되는 제1확경단부와, 상기 제1확경단부와 대향된 상기 제1나선형관의 축경부 영역으로 노출되는 제1축경단부를 갖는 제1단위부재와; 상기 제1나선형관보다 작은 체적을 가지고 상기 제1나선형관의 내부로 삽입되는 제2나선형관과, 상기 제2나선형관의 확경부 영역으로 노출되는 제2확경단부와, 상기 제2나선형관의 축경부 영역으로 노출되는 한편 상기 제2나선형관이 상기 제1나선형관 내로 삽입될 경우 상기 제1축경단부와 상호 결합되는 제2축경단부를 갖는 제2단위부재를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이와 같이, 간단한 구조로 인해 제조과정이 단순해짐으로써 제조비용을 낮출 수 있도록 하는 한편, 냉각팬에 의한 열교환 효율을 현저히 증가시킬 수 있게 되는 것이다.

Description

열교환기 및 열교환기 제조방법{Heat exchanger and method of manufacturing heat exchanger}
본 발명은 열교환기 및 열교환기 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 간단한 구조로 인해 제조과정이 단순해짐으로써 제조비용을 낮출 수 있도록 하는 한편, 냉각팬에 의한 열교환 효율을 현저히 증가시킬 수 있도록 한 열교환기 및 열교환기 제조방법에 관한 것이다.
주지하는 바와 같이 열교환기는 냉동시스템 및 난방시스템에 사용되어 냉매를 열교환하는 요소 중의 하나로써, 응축기 혹은 증발기로도 표현되는 것이 보통이다.
통상 냉동 및 난방시스템은 공통적으로 압축기, 응축기, 팽창밸브 및 증발기로 구성되어 있다.
이에, 냉매의 흐름을 압축기, 응축기, 팽창밸브 및 증발기로 순환시켜 최종적으로 증발기에서 주위의 잠열을 흡수하도록 하여 주변의 공기가 냉각되도록 한 것이 냉동시스템이고, 반대로, 냉매의 흐름을 전술한 반대방향으로 순환시켜 더운 공기를 얻을 수 있도록 한 것이 난방시스템인 것이다.
이하에서는, 증발기에 대한 용어는 그대로 두고 응축기를 열교환기라 하여 설명하도록 한다.
도 1은 통상의 냉난방시스템을 도시한 구성도이고, 도 2는 열교환기의 사용상태를 도시한 도면이며, 도 3은 도 2에 도시된 열교환기가 김치저장고에 적용된 상태를 도시한 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 냉난방시스템은, 냉매를 고온 고압으로 압축하는 압축기(1)와, 압축기(1)에서 압축된 냉매를 응축하여 열기를 외부로 배출되도록 하는 열교환기(110, 이를 "응축기"라 함)와, 열교환기(110)에서 응축된 냉매를 팽창시키는 팽창밸브(2)와, 팽창밸브(2)에서 팽창된 냉매를 증발시키는 증발기(3)로 구성된다.
이러한 구성들 중, 특히 열교환기(110)는 도 2에 도시된 바와 같이, 냉동시스템을 이용하는 김치저장고(4)에 장착되어 사용된다.
도 2에 도시된 바와 같이, 김치저장고(4)의 기계실(5) 내부에는 열교환기(110)가 배치되어 있고, 열교환기(110)의 일측에는 열교환기(110)를 냉각시키는 냉각팬(6)이 마련되어 있으며, 냉각팬(6)의 대향측에는 압축기(1)가 장착되어 있다.
이에, 압축기(1)에서 압축된 냉매는 냉매파이프(7)를 따라 열교환기(110)로 보내지며, 냉각팬(6)에 의해 열교환기(110) 내에서 냉매가 응축되면 다시 냉매파이프(7)를 따라 증발기(3)로 보내진다.
도 3은 도 2에 도시된 열교환기의 확대도로써, 열교환기(110)는 냉매가 유입되는 유입관(111a)으로부터 냉매가 배출되는 배출관(111b)으로 연결되어 열기를 교환하는 냉매이동관(111)이 복수개의 층으로 적층된 육면체 형상으로 이루어져 있다.
각 냉매이동관(111) 사이에는 열기의 배출을 돕고 수평을 지지하도록 비교적 얇은 철사를 용접으로 고정시킨 수평연결부(112)가 배치되어 있으며, 각 수평연결부(112)는 수직연결부(113)에 의해 고정되어 있다.
이에, 냉매이동관(111)을 상호 지그재그식으로 적층 배치한 후, 수평연결부(112)를 통해 각 냉매이동관(111)을 수평방향으로 고정시키고 다시 수직연결부(113)를 이용하여 수평연결부(112)를 고정시킴으로써 열교환기(110)를 제조할 수 있다.
그런데, 이러한 방식으로 제조되는 종래의 열교환기(110)에 있어서는, 냉매이동관(111)을 지그재그식으로 구부려 층상으로 적층한 후, 각 냉매이동관(111)을 수평연결부(112)로 연결시키고 다시, 수직연결부(113)로 수평연결부(112)를 고정하도록 하고 있는 바, 제조과정이 복잡하여 제조비용이 상승할 뿐만 아니라 제조공정상의 효율이 떨어지는 단점이 있다.
또한, 종래의 열교환기(110)는 층상으로 적층되는 단순구조를 이루고 있기 때문에 도 3에 도시된 바와 같이, 일측에 배치된 냉각팬(6)으로부터 불어오는 공기가 열교환기(110)를 이루는 각 냉매이동관(111)에 골고루 공급되지 못해 열교환 효율이 현저히 떨어지는 단점이 있다.
이에, 이러한 단점을 극복하고자 본 출원인은 이미, 나선형 지그로 이루어진 열교환장치에 대해 출원한 적이 있으나, 지난번에 출원한 것에 더하여 아래와 같은 구성을 갖는 열교환기(110) 및 그 제조방법을 제공함으로써 전술한 문제점을 완전히 해소하고자 한다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은, 간단한 구조로 인해 제조과정이 단순해짐으로써 제조비용을 낮출 수 있도록 하는 한편, 냉각팬에 의한 열교환 효율을 현저히 증가시킬 수 있도록 한 열교환기 및 열교환기 제조방법을 제공하는 데 있는 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 열교환기에 있어서, 콘타입으로 형성된 제1나선형관과, 상기 제1나선형관의 확경부 영역으로 노출되는 제1확경단부와, 상기 제1확경단부와 대향된 상기 제1나선형관의 축경부 영역으로 노출되는 제1축경단부를 갖는 제1단위부재와; 상기 제1나선형관보다 작은 체적을 가지고 상기 제1나선형관의 내부로 삽입되는 제2나선형관과, 상기 제2나선형관의 확경부 영역으로 노출되는 제2확경단부와, 상기 제2나선형관의 축경부 영역으로 노출되는 한편 상기 제2나선형관이 상기 제1나선형관 내로 삽입될 경우 상기 제1축경단부와 상호 결합되는 제2축경단부를 갖는 제2단위부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 열교환기를 제공함으로써 달성된다.
여기서, 상기 제1 및 제2단위부재의 확경부 영역에 각각 노출되는 제1 및 제2확경단부는 각각 압축기 및 증발기와의 연결부로 이용된다.
상기 제1나선형관의 측부를 일체로 고정시키는 제1고정부와, 상기 제1확경단부 영역에서 상기 제1고정부의 단부로부터 절곡된 제1절곡부를 갖는 제1브래킷과; 상기 제2나선형관의 측부를 일체로 고정시키는 제2고정부와, 상기 제2확경단부 영역에서 상기 제2고정부의 단부로부터 절곡되며, 상기 제2나선형관이 상기 제1나선형관 내로 삽입될 경우 상기 제1절곡부에 면접촉하는 제2절곡부를 갖는 제2브래킷을 더 포함하며, 상기 제2나선형관이 상기 제1나선형관 내로 삽입될 경우 상기 제1 및 제2브래킷의 제1 및 제2절곡부는 상호 나사 결합될 수 있다.
상기 제1 및 제2절곡부는 각각 상기 제1 및 제2고정부에 대해 상호 대향하게 절곡되어 있는 것이 유리하다.
한편, 본 발명의 다른 분야에 따르면, 상기 목적은, 제1항의 열교환기를 제조하기 위한 열교환기 제조방법에 있어서, 소정의 제1지그를 이용하여 양단에 제1확경단부 및 제1축경단부가 형성되고 중앙부에 콘타입으로 형성된 제1나선형관을 형성하여 제1단위부재를 제조하는 단계와; 상기 제1단위부재에 사용했던 지그보다 부피가 작은 제2지그를 이용하여 양단에 제2확경단부 및 제2축경단부가 형성되고 중앙부에 콘타입으로 형성된 제2나선형관을 형성하여 제2단위부재를 제조하는 제2단계와; 제2단위부재의 제2나선형관을 제1단위부재의 제1나선형관 내로 삽입하는 단계와; 상기 제1단위부재의 제1축경단부와 상기 제2단위부재의 제2축경단부를 상호 연통가능하게 결합시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 열교환기 제조방법에 의해서도 달성된다.
상기 제1나선형관의 측부를 제1고정부를 이용하여 일체로 고정시킨 후, 상기 제1확경단부 영역에서 상기 제1고정부의 단부를 절곡하여 제1절곡부를 형성시키는 단계와; 상기 제2나선형관의 측부를 제2고정부를 이용하여 일체로 고정시킨 후, 상기 제2확경단부 영역에서 상기 제2고정부의 단부를 절곡하여 제2절곡부를 형성시키는 단계와; 상기 제1 및 제2단위부재의 상기 제1 및 제2축경단부가 상호 결합되었을 경우, 상호 면접촉배치된 상기 제1 및 제2절곡부를 상호 나사 결합시키는 단계를 더 포함하는 것이 유리하다.
이하에서는 첨부도면을 참조하여 본 발명에 대해 상세히 설명한다.
본 발명에 따른 열교환기(10)는 도 4 및 5a, 5b에 도시된 바와 같이, 제1단위부재(20)와 제2단위부재(30)로 이루어져 있으며, 각각의 제1 및 제2단위부재(20,30)는 후술할 지그(25,36)들에 의해 제조된 후 상호 결합된다.
이때, 상기 제2단위부재(30)는 제1단위부재(20)에 비해 그 부피가 작게 제조되어 제1단위부재(20) 내에 삽입되게 결합된다.
상기 제1단위부재(20)는, 콘 타입으로 형성된 제1나선형관(21)과, 제1나선형관(21)의 확경부 영역으로 노출되는 제1확경단부(22)와, 제1확경단부(22)와 대향된 제1나선형관(21)의 축경부 영역으로 노출되는 제1축경단부(23)로 이루어져 있다.
이러한 제1단위부재(20)는 별도의 지그 없이도 제조가 가능하지만, 대량생산을 위해서는 도 7a에 도시된 바와 같은 지그를 사용할 수도 있다.
상기 제1단위부재(20)를 제조하는 제1지그(25)는, 도 7a에 도시된 바와 같이, 측부에 제1확경단부(22)에서 제1축경단부(23)까지 연결되는 제1나선형관(21)을 감아주는 제1나선형홈부(25a)가 형성되는 한편, 확경부에서 축경부로 갈수록 점차적으로 그 직경이 작아지는 콘 타입으로 형성되어 있다.
이에, 동재질의 관을 제1지그(25)의 제1나선형홈부(25a)에 감아 그 형상을 유지시킨 다음, 축경부 영역으로 취출함으로써 간편하게 제1단위부재(20)를 제조할 수 있다.
상기 제1단위부재(20)에 비해 체적이 작게 형성되는 제2단위부재(30)는, 제1나선형관(21)보다 작은 체적을 가지고 제1나선형관(21)의 내부로 삽입되는 제2나선형관(31)과, 제2나선형관(31)의 확경부 영역으로 노출되는 제2확경단부(32)와, 제2나선형관(31)의 축경부 영역으로 노출되는 한편 제2나선형관(31)이 제1나선형관(21) 내로 삽입될 경우 제1축경단부(23)와 상호 결합되는 제2축경단부(33)를 갖는다.
통상적으로 제1 및 제2단위부재(20,30)는 동관으로 제조되는 바, 제1 및 제2축경단부(23,33)의 결합은 용접에 의하는 것이 유리할 것이다.
이러한 제2단위부재(30) 역시, 제1단위부재(20)와 마찬가지로 도 7b에 도시된 제2지그(35)에 의해 간편하게 제조할 수 있다.
상기 제2지그(35)는, 측부에 제2확경단부(32)에서 제2축경단부(33)까지 연결되는 제2나선형관(31)을 감아주는 제2나선형홈부(35a)가 형성되는 한편, 확경부에서 축경부로 갈수록 점차적으로 그 직경이 작아지는 콘타입으로 형성되어 있다.
이에, 동관을 제2지그(35)의 제2나선형홈부(35a)에 감아 그 형상을 유지시킨 다음, 축경부 영역으로 취출함으로써 간편하게 제2단위부재(30)를 제조할 수 있다.
이처럼, 제1 및 제2단위부재(20,30)가 제조되고 나면, 제2단위부재(30)의 제2나선형관(31)을 제1단위부재(20)의 제1나선형관(21) 내로 삽입시킨 후, 제1단위부재(20)의 제1축경단부(23)와 제2단위부재(30)의 제2축경단부(33)를 상호 연통 가능하게 용접함으로써 간단하게 열교환기(10)를 제조할 수 있다.
그러나, 제1 및 제2축경단부(23,33)의 용접만으로는 제1 및 제2단위부재(20,30)의 견고한 결합력을 얻기는 어렵다. 즉, 제1 및 제2단위부재(20,30)의 관 내로는 액상의 냉매가 흐르고 있는 바, 제1 및 제2단위부재(20,30)를 상호 견고하게 고정시키지 않게 되면, 흐르는 냉매의 진동에 의해 제1 및 제2단위부재(20,30)가 상호 충돌하여 시끄러운 소음이 발생하거나 심지어 동관이 파손될 수 있다.
이에, 본 발명에서는 다음의 구성을 이용하여 제1 및 제2단위부재(20,30)의 측부가 상호 접하지 않는 범위 내에서 상호 견고하게 결합시키고 있다.
즉, 상기 제1단위부재(20)에는 제1브래킷(26)이 고정되는데, 제1브래킷(26)은 제1나선형관(21)의 측부를 일체로 고정시키는 제1고정부(26a)와, 제1확경단부(22) 영역에서 제1고정부(26a)의 단부로부터 절곡된 제1절곡부(26b)를 갖는다.
상기 제2단위부재(30)에 고정되는 제2브래킷(36)은 제2나선형관(31)의 측부를 일체로 고정시키는 제2고정부(36a)와, 제2확경단부(32) 영역에서 제2고정부(36a)의 단부로부터 절곡되는 제2절곡부(36b)를 갖는다.
이때, 제2절곡부(36b)는 제2나선형관(31)이 제1나선형관(21) 내로 삽입될 경우 제1브래킷(26)의 제1절곡부(26b)에 면 접촉하도록 제조된다.
따라서, 도시된 것처럼 제1 및 제2절곡부(26b,36b)는 상기 제1 및 제2고정부(26a,36a)에 대해 상호 대향하게 절곡되어 있는 것이 유리할 것이다.
이러한 구성에 의해, 제2단위부재(30)의 제2나선형관(31)을 제1단위부재(20)의 제1나선형관(21) 내로 삽입시킨 후, 제1단위부재(20)의 제1축경단부(23)와 제2단위부재(30)의 제2축경단부(33)를 상호 연통 가능하게 용접한다.
그런 다음, 상호 접촉된 제1 및 제2브래킷(36)의 제1 및 제2절곡부(26b,36b)는 나사(40)결합시킴으로써 간단하게 열교환기(10)를 제조할 수 있다.
한편, 제1 및 제2절곡부(26b,36b)에는 나사(40)결합을 위한 제1 및 제2나사홀(26c,36c)이 형성되어 있다.
이처럼 간단하게 열교환기(10)를 제조한 상태에서, 도 6에 도시된 바와 같이, 도시 않은 기계실의 저면에 마련된 냉각팬(60)의 일측에 별도의 브래킷부재(70)를 이용하여 고정시킨다.
이때, 제1 및 제2단위부재(20,30)의 제1 및 제2확경단부(22,32) 영역이 냉각팬(60)으로부터의 바람방향에 일치하게 배치하는 것이 유리할 것이다.
그리고는, 제1 및 제2단위부재(20,30)의 제1 및 제2확경단부(22,32)는 각각 압축기 및 증발기로부터의 냉매파이프와 연결함으로써 열교환기(10)의 설치과정은 쉽게 마무리된다.
이러한 상태에서, 압축기에서 압축된 냉매는 냉매파이프를 따라 열교환기(10)로 보내지면, 냉각팬(60)에 의해 열교환기(10) 내에서 냉매가 응축된 후, 냉매파이프를 따라 증발기로 전달됨으로써 냉각을 위한 냉동시스템이 가동된다.
이때, 본 발명에 따른 열교환기(10)는 제1 및 제2나선형관(21,31)이 상호 이중으로 결합되어 있고 제1 및 제2확경단부(22,32) 영역이 냉각팬(60)으로부터 불어오는 방향으로 배치되어 있기 때문에 종래의 육각 층상배열형 열교환기(110, 도 3 참조)에 비해 열교환 효율이 향상될 수 있게 된다.
뿐만 아니라, 본 발명에 따른 열교환기(10)는 비교적 간단한 구조를 가지고 있는 바, 열교환기(10)의 제조과정이 단순해짐으로써 종래에 비해 그 제조비용을 낮출 수 있는 효과를 제공하게 된다.
이상 설명한 바와 같이 본 발명에 따르면, 간단한 구조로 인해 제조과정이 단순해짐으로써 제조비용을 낮출 수 있도록 하는 한편, 냉각팬에 의한 열교환 효율을 현저히 증가시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 통상의 냉난방시스템을 도시한 구성도,
도 2는 종래의 열교환기가 김치저장고에 적용된 상태를 도시한 도면,
도 3은 도 2에 도시된 열교환기의 확대도,
도 4는 본 발명에 따른 열교환기의 분해도,
도 5a 및 도 5b는 각각 도 4의 결합상태의 사시도 및 측면도,
도 6은 본 발명에 따른 열교환기가 사용되는 상태를 도시한 도면,
도 7a 및 도 7b는 각각 본 발명의 열교환기를 제조하기 위한 지그를 도시한 도면.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
10 : 열교환기 20 : 제1단위부재
25 : 제1지그 26 : 제1브래킷
30 : 제2단위부재 35 : 제2지그
36 : 제2브래킷 60 : 냉각팬

Claims (6)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 콘타입으로 형성된 제1나선형관과, 상기 제1나선형관의 확경부 영역으로 노출되는 제1확경단부와, 상기 제1확경단부와 대향된 상기 제1나선형관의 축경부 영역으로 노출되는 제1축경단부를 갖는 제1단위부재와; 상기 제1나선형관보다 작은 체적을 가지고 상기 제1나선형관의 내부로 삽입되는 제2나선형관과, 상기 제2나선형관의 확경부 영역으로 노출되는 제2확경단부와, 상기 제2나선형관의 축경부 영역으로 노출되는 한편 상기 제2나선형관이 상기 제1나선형관 내로 삽입될 경우 상기 제1축경단부와 상호 결합되는 제2축경단부를 갖는 제2단위부재를 포함하는 열교환기에 있어서,
    상기 제1나선형관의 측부를 일체로 고정시키는 제1고정부와, 상기 제1확경단부 영역에서 상기 제1고정부의 단부로부터 절곡된 제1절곡부를 갖는 제1브래킷과;
    상기 제2나선형관의 측부를 일체로 고정시키는 제2고정부와, 상기 제2확경단부 영역에서 상기 제2고정부의 단부로부터 절곡되며, 상기 제2나선형관이 상기 제1나선형관 내로 삽입될 경우 상기 제1절곡부에 면접촉하는 제2절곡부를 갖는 제2브래킷을 더 포함하며,
    상기 제2나선형관이 상기 제1나선형관 내로 삽입될 경우 상기 제1 및 제2브래킷의 제1 및 제2절곡부는 상호 나사 결합되는 것을 특징으로 하는 열교환기.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1 및 제2절곡부는 각각 상기 제1 및 제2고정부에 대해 상호 대향하게 절곡되어 있는 것을 특징으로 하는 열교환기.
  5. 제3항의 열교환기를 제조하기 위한 열교환기 제조방법에 있어서,
    소정의 제1지그를 이용하여 양단에 제1확경단부 및 제1축경단부가 형성되고 중앙부에 콘타입으로 형성된 제1나선형관을 형성하여 제1단위부재를 제조하는 단계와;
    상기 제1단위부재에 사용했던 지그보다 부피가 작은 제2지그를 이용하여 양단에 제2확경단부 및 제2축경단부가 형성되고 중앙부에 콘타입으로 형성된 제2나선형관을 형성하여 제2단위부재를 제조하는 제2단계와;
    제2단위부재의 제2나선형관을 제1단위부재의 제1나선형관 내로 삽입하는 단계와;
    상기 제1단위부재의 제1축경단부와 상기 제2단위부재의 제2축경단부를 상호 연통 가능하게 결합시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 열교환기 제조방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1나선형관의 측부를 제1고정부를 이용하여 일체로 고정시킨 후, 상기 제1확경단부 영역에서 상기 제1고정부의 단부를 절곡하여 제1절곡부를 형성시키는 단계와;
    상기 제2나선형관의 측부를 제2고정부를 이용하여 일체로 고정시킨 후, 상기 제2확경단부 영역에서 상기 제2고정부의 단부를 절곡하여 제2절곡부를 형성시키는 단계와;
    상기 제1 및 제2단위부재의 상기 제1 및 제2축경단부가 상호 결합되었을 경우, 상호 면접촉배치된 상기 제1 및 제2절곡부를 상호 나사결합시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 열교환기 제조방법.
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